Катодные процессы на силицидах металлов триады железа в кислых электролитах

Материалы на основе силицидов металлов отличает высокий уровень жаростойкости, стойкость к термоударам, абразивная способность, высокая твердость и износостойкость. Каждый из этих материалов может быть использован и сам по себе и в различных сочетаниях друг с другом. Силициды, обладая важными технологическими свойствами, например высокими температурами плавления, большой окалиностойкостью, жаропрочностью, благоприятными электрическими и механическими свойствами, находят также самостоятельное применение в некоторых новых областях современной техники и имеют большие перспективы широкого применения в будущем.

Научно-обоснованный поиск новых электродных материалов различного функционального назначения является актуальной задачей прикладной электрохимии. Перспективными в этом плане оказываются интерметаллические и металлоподобные соединения различного состава, многие из которых обладают уникально высокой коррозионной стойкостью и низким перенапряжением водорода и интерес к которым среди исследователей неуклонно повышается.

Наиболее подробно изучены карбиды переходных металлов. Силициды металлов исследованы в электрохимическом плане в значительно меньшей степени, хотя они обладают весьма большим разнообразием свойств и довольно широкой областью применения в технике. Силициды представляют значительный интерес как прямозонные полупроводники в оптоэлектронике, являются важнейшими продуктами ферросплавных производств (ферросилиций, силикомарганец и т. д.), широко используются при раскислении и легировании сталей, для изготовления кислотоупорных изделий, применяются в качестве источников альфа-излучения в альфа-протон-рентгеновских спектрометрах (APXS) и т. д. Эти источники широко применяются в разных областях: в промышленности, медицине и, в частности, космических исследованиях. В последнее время предпринимаются многочисленные попытки использования силицидов при конструировании термогенераторов, при совершенствовании термоэмиссионных элементов, создании сверхпроводящих материалов с высокими параметрами и т. д. Для ряда важных практических применений силицидов в качестве термоэлектрических генераторов наряду с требованием высокого КПД являются дешевизна исходных компонентов, способность работать в вакууме и на воздухе без защиты, высокая механическая прочность, экологическая безопасность. Всем этим требованиям в полной мере отвечают соединения кремния с переходными металлами. Особенно перспективным представляется использование этих материалов при массовом производстве термогенераторов. Это могут быть генераторы для катодной защиты газои нефтепроводов от коррозии, термогенераторы, предназначенные для утилизации отходов тепла, а также бытовые автономные термоэлектрические источники. Одним из новых перспективных материалов для металлических затворов являются слои силицидов Ni различной стехиометрии (новый материал для подзатворного диэлектрикабазового элемента интегральных микросхем). Силициды используются также в качестве материалов для контактов и межсоединений элементов интегральных схем. Использование высокотемпературных материалов на основе силицидов металлов открывает новые возможности не только в разработке и производстве высокотемпературных композиционных материалов, но и в разработке и изготовлении изделий ранее недоступных конструкций.

Известно, что легирование металлов кремнием существенно до повышает химическое сопротивление последних, особенно в кислых окислительных средах. Вместе с тем, в ряде исследований было обнаружено, что коррозионная стойкость систем Me-Si в значительной мере зависит как от количественного содержания Si, так и от состава агрессивной среды. В частности, было показано, что области использования кремнийсодержащих сплавов в качестве коррозионностойких конструкционных материалов, по-видимому, ограничиваются средами, не содержащими фторид-ионы.

Расширение областей использования и усложнение условий эксплуатации сплавов Me-Si и покрытий силицидами (силицированные материалы) с одной стороны, и отсутствие систематических данных об их коррозионно-электрохимическом поведении с другой стороны, и обусловило выбор темы данной диссертационной работы.

Целью настоящей работы является определение основных закономерностей кинетики катодного выделения водорода на силицидах металлов группы железа и составляющих их компонентах в кислых электролитах различного состава и оценка влияния внешних и внутренних факторов на реакцию выделения водорода.

Задачи работы:

1. Выполнить исследование реакции выделения водорода на силицидах металлов группы железа и составляющих их компонентах в растворе серной кислоты.

2. Оценить влияние на катодное поведение силицидов металлов подгруппы железа в сернокислом электролите некоторых внешних факторов, таких как, рН раствора, температуры и деаэрации электролита, добавок поверхностно-активных органических веществ и галоидных ионов.

3. Определить влияние внутренних факторов — количественного соотношения компонентов в силициде, способа изготовления электродов, неметаллической компоненты, анодной обработки поверхности силицидов с различным содержанием металлической и кремневой компоненты — на кинетику катодного выделения водорода в кислых электролитах.